Felduntersuchungen

Die Feldarbeit zur vorliegenden Diplomarbeit wurde vom 08.08 – 07.09.2005 während der Deutsch-Russischen Expedition „LENA 2005“ im Lena-Delta durchgeführt. Schwerpunkte waren die Feldspektrometrie, die Charakterisierung von Oberflächenparametern wie Vegetationsbedeckung und Geomorphologie sowie die Kartierung der Pedologie an einigen ausgewählten Standorten.

4.1.1. Feldspektrometrie

Insgesamt wurden an 19 verschiedenen Standorten im Lena-Delta Gebiet feldspektrometrische Messungen vorgenommen. Davon befanden sich 4 Standorte auf der Insel Samoylov und 2 Standorte auf der Insel Kurungnakh-Sise im zentralen Deltagebiet. Weiterhin wurden innerhalb des Hauptuntersuchungsgebietes im nordwestlichen Delta 2 Standorte auf der Insel Turakh-Sise und 11 Standorte auf der Insel Ebe-Basyn-Sise untersucht (vgl. Abb.11). Dazu wurde ein Batterie betriebenes, transportables Feldspektrometer vom Typ ASD FieldSpec^®FR genutzt (Analytical Spectral Devices 2004) (Abb.14). Im Kapitel 2.4.5. wurde bereits die allgemeine Funktionsweise

des Gerätes beschrieben. Zudem werden in Tabelle 1 einige Angaben zu gerätetechnischen Details gemacht. Die Daten wurden während der Messung mit einem an das Spektrometer angeschlossenen Feldrechner aufgenommen. Mit Hilfe der Steuersoftware RS³™ wurde der Messvorgang vorbereitet (Gerätekalibration, Referenzierung) sowie anschließend durchgeführt und aufgezeichnet. Die Steuersoftware ermöglichte die Einstellungen zur genutzten Optik, zur Anzahl der gemittelten Messungen für ein aufgezeichnetes Spektrum sowie zur Art der Messung (möglich sind Messungen von Radianz [Strahlung], Irradianz [Strahlungsdichte] oder Reflexion). Die gewonnenen Einzelspektren wurden individuell nummeriert und separat in Dateien abgelegt. Um die komplexen Vegetationsverhältnisse der Tundraoberflächen besser zu mitteln, wurde bei dem Großteil der Messungen mit der bare optic und damit mit einem Öffnungswinkel von 24° gearbeitet. Dabei erfasst man bei einer Nadirmessung aus einer Höhe von einem

05). Referenzmessung mit einer Meter eine Kreisfläche mit etwa 0,2 m Radius.

Abb.14: Nutzung des FieldSpec^®FR im Lena-Delta (August 20 Weißreferenztafel (Spectralon^®) (im Bild unten) (Foto: G.Grosse)

Im Feld wurden Software-gesteuert jeweils 50 Messungen mit je ca. 0,1 Sekunden Dauer für ein gespeichertes Einzelspektrum gemittelt. So konnten unter Feldbedingungen verstärkt auftretende Hintergrundstörungen reduziert und das Signal-Rausch-Verhältnis deutlich verbessert werden. Durch Bewegung während der Aufzeichnung der 50 Einzelmessungen vergrößert sich zudem die Aufnahmefläche für ein Spektrum

(CHABRILLAT et al. 2003, SALISBURY 1998). Je nach Bewegungsgeschwindigkeit variiert somit die Größe der in einem Spektrum gemittelten Flächeneinheit entlang der Bewegungsrichtung.

Die Voreinstellungen des Gerätes für die Felduntersuchungen wurden entsprechend vorangegangener Testmessungen und der Hinweise von im Umgang mit dem Feldspektrometer erfahrenen Mitarbeitern des Geoforschungszentrum Potsdam getroffen.

Gemessen wurde jeweils die absolute Reflexion einer Oberfläche. Zur Kalibrierung und Referenzierung des Gerätes wurde ein 25,4 x 25,4 cm großes Spectralon^® (Labsphere, Inc.) als Weißreferenz genutzt (s. Abb.14). Bei der Messung der solaren Strahlung über der Weißreferenztafel erhält man eine theoretisch hundertprozentige Reflexion über das gesamte gemessene elektromagnetische Spektrum. Nach der Weißreferenzierung wird das Zielspektrum automatisch durch das Spektrum der Weißreferenz dividiert. Durch diese Normierung kann das Spektrum des gemessenen Objektes direkt mit anderen Spektren verglichen werden. Zur Anpassung an häufig wechselnde Lichtverhältnisse sowie zur Minimierung atmosphärischer Störungen wurde das Gerät vor jedem neuen Messzyklus bzw. etwa alle 30 Minuten neu referenziert und kalibriert. Während der Messungen und der Kalibrierung wurde darauf geachtet, einen freien Standpunkt senkrecht zur Sonneneinstrahlung einzunehmen, so dass Beschattungen des Zielobjektes verhindert und Reflexionen von der messenden Person minimiert wurden. Detaillierte und weiterführende Informationen zu Grundlagen und Durchführung feldspektrometrischer Messungen liefern u.a. ANALYTICAL SPECTRAL DEVICES (2004), CHABRILLAT et al. 2003, CURTISS & GOETZ (1994), MILTON (1987) und SALISBURY (1998).

Im Feld wurden Punktmessungen und Profilmessungen durchgeführt. Die Punktmessungen bestanden aus jeweils 2 gemessenen Spektren á 50 gemittelte Einzelmessungen an einem konkreten Standort. Die Profilmessungen bestanden aus kontinuierlichen Messungen, die während der Bewegung über eine gelaufene Strecke aufgenommen wurden und je nach Oberflächensituation verschiedene Profillängen aufweisen.

Die Spektralaufnahmen wurden möglichst an sonnigen, wolkenfreien Tagen und in der Regel um die Mittagszeit durchgeführt. Auf Grund häufiger schlechter Wetterbedingungen während der Feldkampagne musste allerdings auch auf spätere Tageszeiten ausgewichen werden, um eine repräsentative Anzahl an Daten zu erhalten. Für jede Spektralmessung wurden sowohl die Wetterbedingungen als auch die Oberflächeneigenschaften, Reliefsituation und Vegetationsbedeckung beschrieben und dokumentiert. Weiterhin wurden GPS-gestützt die Koordinaten der einzelnen Standpunkte sowie die Start- und Endpunkte der Profile ermittelt. Die Messstandorte sind im Anhang 1 zusammengefasst.

4.1.2. Geomorphologische Geländebeschreibungen und pedologische Kartierungen

Für insgesamt 73 GPS-lokalisierte Standorte wurde die geomorphologische Situation und Oberflächencharakteristik beschrieben und dokumentiert. Davon befanden sich 67 Standorte im Hauptuntersuchungsgebiet auf den Inseln Turakh-Sise, Ebe-Basyn-Sise und Khardang-Sise (vgl. Abb.8). 6 weitere Standorte befinden sich im südlichen Delta auf den Inseln Samoylov und Kurungnakh-Sise. Die dokumentierten Oberflächenparameter waren: Relieftyp, geschätzte Hangneigung, Exposition, Abschätzung der Drainagesituation, Hauptvegetationstyp, Schätzung des Bedeckungsgrades der Vegetation und Messung der saisonalen Auftautiefe. Eine Zusammenfassung der Standorte wird im Anhang 2 gegeben. Für alle Standorte wurde eine Bilddatenbank mit insgesamt mehr als 300 Fotos zusammengestellt.

Während der geomorphologischen Felderkundungen wurden 8 Bodenprofile detailliert kartiert. Davon befanden sich 2 Profile auf der Insel Samoylov, 1 Profil auf der Insel Ebe-Basyn-Sise und 5 Profile innerhalb einer Catena auf der Insel Turakh-Sise. Die Aufnahme erfolgte mittels Grabung und am Spatenstich und wurde mit Hilfe eines am AWI-Potsdam entworfenen Aufnahmebogens nach den Kriterien der Bodenkundlichen Kartieranleitung KA 4 (AG BODEN 1994) dokumentiert. Die Böden wurden horizontweise beprobt. Zum Nachweis reduzierender Bedingungen wurde als Farbindikator αα-Dipyridil verwendet. Zur Beschreibung der Bodenfarbe wurde die Farbtafel nach MUNSELL (1975) benutzt. Da in der deutschen Systematik der pedogenetische Bezug zum Permafrost fehlt, erfolgten die Horizontbezeichnungen parallel zur KA 4 nach der US Soil Taxonomy (SOIL SURVEY

STAFF 2003). Zur Klassifikation der Bodentypen wurde zusätzlich zur KA 4 und US Soil Taxonomy die World Reference Base (FAO 1998) verwendet.